Оценка энергоэффективности оборудования холодильных машин

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

Брянский государственный технический университет

Кафедра «Промышленная теплоэнергетика»

Реферат

по дисциплине

«Организация испытаний теплоэнергетических установок»

«Оценка энергоэффективности оборудования холодильных машин. Холодильный коэффициент»

Проведем сравнительный анализ энергоэффективности мультизональных систем кондиционирования воздуха

Критерий энергоэффективности оборудования при выборе системы кондиционирования зачастую становится определяющим. Такой подход обоснован не только экономией энергии в период эксплуатации. Так как подводимая энергия тратиться только по назначению, то, как правило, энергоэффективное оборудование отличается лучшими показателями надежности, меньшими уровнями шума и вибрации, большим сроком эксплуатации.

Для оценки энергоэффективности оборудования систем кондиционирования воздуха применяют обобщенный показатель энергетической эффективности, или эксергетический КПД:

где

N - мощность, затрачиваемая на привод установки, Вт.

N e - эксергетическая (приведенная) мощность, Вт.

Значение з e во всех случаях показывает степень приближения установки к идеальной, у которой все процессы обратимы, т.е.

з e =1.

Эксергетическая мощность определяется по формуле:

Для оценки энергетических характеристик холодильных установок чаще используется холодильный коэффициент е (СОР).

Холодильного коэффициент - отношение полученной холодопроизводительности Qx к потребляемой двигателями компрессоров эффективной мощности N:

(3)

и эксергетический холодильный коэффициент е e

(4)

Определим эксергетический холодильный коэффициент для температурных параметров систем кондиционирования воздуха. Стандартные температурные условия испытания кондиционеров: температура внутреннего воздуха +27 єС, температура наружного воздуха +35 єС. Отсюда е e :

(5)

Холодильные коэффициенты реальных установок кондиционирования значительно меньше и принадлежат диапазону от 2 до 6 единиц. Причины этого в следующем:

1) энергетические потери из-за необратимого теплообмена между источником низкого потенциала и рабочим агентом в испарителе, а также между рабочим агентом и окружающей средой повышенного потенциала в конденсаторе;

2) замена детандера дроссельным вентилем (капиллярной трубкой);

3) сжатие в компрессоре перегретого пара рабочего агента по необратимой политропе вместо обратимого сжатия пара в идеальной установке.

Рассмотрим процесс охлаждения парокомрессионной холодильной установки в T-S координатах с точки зрения повышения холодильного коэффициента СОР.

Рис.1 Термодинамический цикл одноступенчатой парокомпрессионной установки в осях температура - энтропия

1. Процесс сжатия в компрессоре (1-2) сопровождается увеличением энтропии ?Sк. Чем меньше эта величина, при одинаковых величинах развиваемого давления, тем лучше качество компрессора и тем выше КПД кондиционера. Общая длина линии 1-2 показывает величину энергопотребления компрессора.

2. Процесс охлаждения перегретого газа до состояния насыщения (2-3). Происходит по линии постоянного давления. Чем меньше длина этой линии, тем выше КПД.

3. Процесс конденсации насыщенного пара (3-4). Конденсация протекает при постоянном давлении с температурой, выше температуры окружающей среды на величину ?Тк. Чем больше величина ?Тк, тем выше давление конденсации, тем больше затраты энергии компрессором на сжатие.

4. Процесс переохлаждения жидкости (4-4.1) по линии постоянного давления.

Увеличивает холодопроизводительность кондиционера.

5. Процесс дросселирования жидкости (4.1-5.1). Увеличение энтропии между точками снижает холодопроизводительность.

6. Процесс испарения жидкого хладагента (5.1-1). Длина линии пропорциональна величине холодопроизводительности.

Конструкция холодильного контура мультизональных систем кондиционирования воздуха у различных производителей значительно отличаются друг от друга, что логично приводит к различным энергетическим характеристикам оборудования.

Основной энергетической характеристикой, характеризующей КПД работы системы кондиционирования воздуха в режиме охлаждения, является холодильный коэффициент (СОР). Сравним значения холодильного коэффициента реальных многозональных систем кондиционирования воздуха. Рассматриваются двухтрубные VRF системы: DAIKIN (VRVK), GENERAL (VRF), MITSUBISHI ELECTRIC (CITI MULTI-Y), SANYO (ECO-Multi).

Сравнение производится по данным технических каталогов фирм производителей.

Используемый фреон - R22.

В технических каталогах и рекламных проспектах обычно приводятся так называемые номинальные характеристики кондиционеров, которые определяются при определенных стандартных условиях.

Стандартные условия испытания кондиционеров следующие [2; 3; 4;5; 6; 7]:

Таблица 1.

Стандартные условия испытания систем кондиционирования

Фактические условия эксплуатации кондиционеров значительно отличаются от стандартных параметров. Поэтому реальные характеристики кондиционеров существенно отличаются от номинальных характеристик. Основные факторы, влияющие на величину холодильного коэффициента:

1. Температура наружного воздуха.

Для проектирования систем кондиционирования воздуха важно знать как максимальную (расчетную) величину энергопотребления системами кондиционирования, так и средние значения за сезон. Причем на величину энергопотребления здания в первую очередь влияют именно средние величины. На территории России значения расчетных температур наружного воздуха приведены в таблице 2 [1].

Таблица 2

Расчетные значения температуры наружного воздуха в теплый период

Так величина наибольшего энергопотребления наблюдается при наибольших температурах наружного воздуха, то расчетная средняя температура наружного воздуха для определения энергопотребления системами кондиционирования в теплый период лежит в диапазоне от расчетной максимальной температуры (параметры Б) до средней температуры наружного воздуха в теплый период. Следовательно, необходимый температурный диапазон для определения энергоэффективности систем кондиционирования воздуха лежит в пределах от +15 єС, до +31 єС.

Рис. 2. Изменение холодильного коэффициента при изменении

температуры наружного воздуха

- 100% соответствие производительности внутренних и наружного блоков;

- температура внутреннего воздуха 19 єС по влажному термометру;

- наружные блоки мощностью 28 кВт.

При уменьшении температуры наружного воздуха холодильный коэффициент увеличивается. Большую часть времени системы кондиционирования работают не при расчетных параметрах наружного воздуха, а при средней температуре теплого периода.

Поэтому величина энергопотребления систем кондиционирования за сезон обратно пропорциональна средней величине холодильного коэффициента при расчетных средних параметрах наружного воздуха.

Сравнивая значения холодильных коэффициентов VRF систем различных производителей, можно отметить, что лидирующее положение по данному фактору занимают кондиционеры GENERAL. Худшие показатели у кондиционеров SANYO (диапазон 15 - 31 єС) и DAIKIN (диапазон 31 - 35 єС).

2. Температура внутреннего воздуха.

Оптимальные параметры внутреннего воздуха, принимаемые при расчетах систем кондиционирования воздуха для теплого периода года [1] приведены в таблице 3.

Таблица 3

Как видно из таблицы 3, российские нормативные параметры внутреннего воздуха отличаются от номинальных параметров, установленных для испытания кондиционеров.

Рис.3. Изменение холодильного коэффициента при изменении

температуры внутреннего воздуха

- 100% соответствие производительности внутренних и наружного блоков;

- температура наружного воздуха 35 єС;

- наружные блоки мощностью 28 кВт.

С уменьшением температуры внутреннего воздуха увеличивается разность температурных потенциалов между внутренним и наружным воздухом, соответственно уменьшается СОР. На поведение характеристических кривых у кондиционеров также накладывает отпечаток способ регулирования производительности. Лучшими показателями холодильного коэффициента в нормируемом диапазоне 20 - 25 єС (15 - 18 CWB) обладает GENERAL. Худшие показатели в том же диапазоне - SANYO.

3. Отношение мощностей внутренних блоков к мощности наружного.

Рис. 4. Изменение холодильного коэффициента при изменении отношения мощностей внутренних блоков к мощности наружного

- температура внутреннего воздуха 19 єС по влажному термометру;

- температура наружного воздуха 35 єС;

- наружные блоки мощностью 28 кВт.

Основной особенностью и преимуществом VRF систем кондиционирования воздуха является возможность перераспределения мощности наружного блока между внутренними блоками. Как правило, максимумы теплоизбытков обслуживаемых помещений не одновременны, поэтому сумма мощностей внутренних блоков принимается больше мощности наружного. Между тем общая нагрузка на наружный блок меняется с течением времени.

На рис. 4. максимальными значениями холодильного коэффициента в диапазоне 60 - 130 % загрузки обладают кондиционеры GENERAL. В диапазоне 50 - 60 % - DAIKIN.

Минимальные значения в диапазоне 50 - 90 % у MITSUBISHI ELECTRIC, в диапазоне 100 - 130 % DAIKIN.

Для суммарной оценки воздействия всех перечисленных факторов на величину энергопотребления системами кондиционирования, произведем расчет холодильного коэффициента для конкретных условий эксплуатации.

В таблице 4 приведены результаты расчета холодильного коэффициента для следующих условий:

Мощность охлаждения наружного блока номинальная - 28,0 кВт.

Коэффициент загрузки наружного блока - 100 %.

Расчетная температура внутреннего воздуха - 22 єС (16 CWB).

Расчетная температура наружного воздуха - 25 єС.

В таблице 4 приведены номинальные и расчетные значения холодильного коэффициента.

Таблица 4

Значения холодильного коэффициента для систем кондиционирования

Выводы

1. При российских нормативных и климатических условиях эксплуатации холодильный коэффициент, как правило, выше, чем при стандартных условиях испытания кондиционеров.

2. Значения холодильного коэффициента для VRF систем различных производителей значительно отличаются друг от друга.

3. Наилучшими показателями энергоэффективности при рассмотренных условиях обладают VRF системы GENERAL.

Список используемых источников

1. СНиП 2.04.05-91* «Отопление, вентиляция, кондиционирование воздуха».

2. VRV системы. Технический каталог. ЕЕDE 01-2.

3. 2001 AIR CONDITIONING - HEAT PUMP MACHINERY HANDBOOK, MITSUBISHI

Heavy Industries, 2001.

4. Мультизональные системы кондиционирования воздуха с инверторным управлением

компании HITACHI. TCDE0016 - 07/01

5. MITSUBISHI ELECTRIC. CITY MULTI. Технические данные. 2001.е-01.

6. FUJITSU GENERAL LIMITED Multi Air Conditioning System for Buildings. Technical data.

2001.

7. SANYO, TECNICAL DATA, W-ECO MULTI. G0900.